## JURNAL ILMIAH FLASH
Vol. 9 No. 1, Halaman: 60 - 65 Juni 2023

## PENGARUH FREKUENSI TERHADAP EFFISIENSI DAN REGULASI TEGANGAN TRANSFORMATOR
Lucianus Handri Gunanto 1 , Rizky Aprylianto Susilo 2* , Subir 3 , Arbain 4 , Qomaruddin 5 , Yohanes Suban Peli 6 , Rocky Yefrenes Dillak 7 1,2,3,4,5 Politeknik Negeri Samarinda Jl. Cipto Mangun Kusumo, Sungai Keledang, Kec. Samarinda Seberang, Kota Samarinda, Kalimantan Timur 75242
6,7 Politeknik Negeri Kupang Lasiana, Kelapa Lima, Kupang City, East Nusa Tenggara 85258
* E-mail: apriliantorizky86@gmail.com

## Abstrak
Transformator  didesain  untuk  bekerja  pada  frekuensi  kerja  tertentu.  Penentuan  frekuensi  kerja  transformator berkaitan dengan penentuan tegangan kerja, jumlah lilitan pada belitan  transformator dan ukuran inti. Effisiensi dan regulasi tegangan merupakan watak transformator yang perlu diketahui dalam kaitannya dengan penerapan transformator dalam sistem tenaga listrik.
Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan transformator 50 Hz pada beberapa frekuensi tertentu yaitu 30 Hz, 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz, 70 Hz, 80 Hz, 90 Hz dan 100 Hz. Sumber listrik yang frekuensinya dapat diatur diperoleh dengan mengatur putaran generator sinkron. Pengaturan putaran dilakukan dengan mengatur putaran motor arus searah sebagai penggerak generator. Tegangan, arus dan faktor daya disisi primer dan sekunder transformator diukur dan digunakan untuk menghitung effisiensi dan regulasi tegangan. Effisiensi dan regulasi tegangan untuk masing-masing frekuensi diperbandingkan.
Data  hasil  penelitian  memperlihatkan  bahwa  frekuensi  mempengaruhi  effisiensi  transformator.  Effisiensi transformator menjadi lebih rendah apabila transformator dioperasikan bukan pada frekuensi kerjanya. Pengaruh frekuensi terhadap effisiensi transformator terlihat jelas apabila transformator berbeban ringan. Regulasi tegangan transformator dipengaruhi frekuensi. Regulasi tegangan transformator menjadi lebih besar apabila transformator dioperasikan bukan pada frekuensi kerjanya.
Kata kunci : Transformator, Frekuensi, Lilitan, Tegangan,

## PENDAHULUAN
Transformator  merupakan  salah  satu komponen  yang  penting  dalam  sistem  tenaga listrik. Dengan adanya transformator, dimungkinkan untuk mengubah arus tegangan sesuai  kebutuhan.  Effisiensi  dan  regulasi tegangan  transformator  sangat  penting  untuk diketahui dalam kaitannya dengan perencanaan dan pengoperasian sistem tenaga listrik.
Pada  umumnya  transformator  didesain untuk bekerja pada frekuensi 50 Hz atau 60 Hz. Untuk  keperluan  khusus  frekuensi  kerja transformator  dimungkinkan  di  bawah  50  Hz atai  di  atas  60  Hz.  Penentuan  frekuensi  kerja transformator  berkaitan  dengan  penentuan ukuran  inti,  tegangan  kerja  dan    jumlah  lilitan pada  belitan  transformator.  Dengan  adanya beberapa frekuensi kerja maka timbul pertanyaan  apakah  memungkinkan  untuk mengoperasikan  transformator  bukan  pada frekuensi  kerjanya  ?  dan  apakah  pengaruh terhadap effisiensi dan regulasi tegangan.

## METODE PENELITIAN
Metode  Penelitian  ini  di  awali  dengan hipotesis bahwa gejala magnetisasi transformator berkaitan dengan frekuensi kerja transformator.  Berubahnya  frekuensi  kerja transformator  akan  mempengaruhi  proses magnetisasi  inti  sehingga  rugi-rugi  daya  di  inti berubah  besarnya.  Perubahan  besar  rugi-rugi daya  di  inti  akan  menyebabkan  perubahan besar effisiensi.
Perubahan frekuensi kerja juga menyebabkan  perubahan  besar  reaktansi akibat  adanya  kebocoran  fluks  magnet. Perubahan  besar  reaktansi  menyebabkan regulasi  perubahan  jatuh  tegangan  di  dalam transformator  sehingga  regulasi  tegangan berubah.
Setelah  memaparkan  hipotesis  diatas, kemudian  di  butuhkan  bahan  dan  peralatan berikut ini.
Bahan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1.  Transformator 1 fase, 220/20 V, 1A, 50 Hz
2.  Transformator 1 fase, 220/20 V, 1A, 50 Hz
3.  Transformator 1 fase, 220/110 V, 500A, 50 Hz
4.  Trafo variac 1 fase, 220 V, 500 VA, 50 Hz
5. Tahanan keramik 10 Ω, 20 W
6. Kapasitor 1 μF, 220 V
7.  Induktor
8.  Kopling motor
9.  Kabel Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1.  Motor  listrik  arus  searah  jenis  731  91 Leybold-didactic  GMBH  220V,  2,2A, 0,3kW, 2000rpm, kumparan medan :
2.  220V, 0,45A.
2.  Generator serempak jenis 732 36 Leybold- didactic GMBH 220/380V, 1,4/0,8A, 0,3kW, 1500rpm, 50Hz, sistem peneralaan : 200V, 1,5A.
3.  Oscilloscope jenis HM 205-3.
4.  Multimeter digital.
5.  Tachometer
Dari  peralatan  dan  bahan  diatas kemudian  dilaksnaakan  prosedur  percobaan sebagai  berikut.  Bahan  dan  alat  penelitian dirangkai menjadi untai penelitian seperti pada gambar 1.
Gambar 1 Rangkaian percobaan transformator Urutan  langkah  penelitian  adalah sebagai berikut : 1.  Bahan dan alat penelitian dibangkitirangkai menjadi untai penelitian.
2.  Kecepatan motor penggerak diatur sehingga  diperoleh  frekuensi  tegangan listrik yang  dibangkitkan generator sesuai kebutuhan  (30Hz –  100Hz).  Besar
tegangan  keluaran  generator  sehingga diatur dengan mengatur
sistem peneralaan  generator  sehingga  sesuai dengan arus tegangan masukan transformator.
3.  Pada  saat  transformator  tanpa  beban, tegangan, arus dan beda fase diukur dan dicatat.
4.  Besar  arus  ke  beban  diatur  dengan mengatur  besar  R,L  atau  C.  Besar  arus kebeban yang dibutuhkan adalah  ¼ arus beban  penuh,  ½  arus  beban  penuh,  ¾ arus beban penuh, 5/4 arus beban penuh.
5.  Saklar  ditutup,  Besar  tegangan  masukan transformator dijaga tetap dengan
mengatur  sistem  peneralaan  generator. Tegangan, arus dan beda fase tegangan- arus diukur dan dicatat.
6.  Saklar S dibuka, langkah 4 dan 5 diulangi untuk besar beban yang berbeda.
7.  Langkah 2 sampai dengan 6 diulangi untuk besar frekuensi yang berbeda

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah melakukan percobaan, pengukuran  dan  perhitungan,  diperoleh  hasil pada  tabel  1-8  untuk  perhitungan  effisiensi. Kemudian  untuk  hasil  perhitungan  Regulasi tegangan terdapat dalam tabel 9
Besar rugi-rugi mempengaruhi efisiensi transformator seperti tampak pada persamaan I.1.  Rugi-rugi  terdiri  atas  rugi-rugi  inti  P0  dan rugi-rugi tembaga Peu. Rugi-rugi inti P0 terdiri atas rugi-rugi histerisis Ph dan rugi-rugi arus edi Ped. Besar rugi-rugi inti dapat diketahui dengan mengukur daya input transformator pada saat
Pengaruh Frekuensi Terhadap Effisiensi dan Regulasi Tegangan Transformator Gunanto 1 , Susilo 2 , Subir 3 , dkk 62
Tabel 1. f = 30 Hz V 1 Volt I 1 Ampere cos φ 1 V 2 Volt I 2 Ampere cos φ 1 P 1 Watt P 2 Watt Eff % 100 0.095 0.4 18.0 0.000 1 3.64 0 0 100 0.100 0.9 15.0 0.285 1 9.24 4.275 46 100 0.110 1.0 14.0 0.400 1 10.79 5.6 52 100 0.120 1.0 12.5 0.500 1 11.92 6.25 52 100 0.130 1.0 11.0 0.600 1 13 6.6 51 100 0.160 1.0 9.5 0.710 1 16 6.745 42 100 0.170 1.0 8.0 0.795 1 17 6.36 37 100 0.195 1.0 6.0 0.920 1 19.5 5.52 28 100 0.215 1.0 4.0 1.000 1 21.5 4 19 100 0.230 1.0 2.0 1.100 1 23 2.2 10 Tabel 2. f = 40 Hz V 1 Volt I 1 Ampere cos φ 1 V 2 Volt I 2 Ampere cos φ 1 P 1 Watt P 2 Watt Eff % 100 0.030 0.6 20.0 0.000 1 1.90 0 0 100 0.070 0.9 16.5 0.295 1 6.45 4.868 75 100 0.090 1.0 15.0 0.405 1 8.83 6.075 69 100 0.110 1.0 14.0 0.495 1 10.86 6.93 64 100 0.130 1.0 12.0 0.620 1 12.91 7.44 58 100 0.150 1.0 11.0 0.700 1 15 7.7 51 100 0.175 1.0 9.0 0.810 1 17.5 7.29 42 100 0.200 1.0 7.5 0.910 1 20 6.825 34 100 0.220 1.0 5.5 1.015 1 22 5.583 25 100 0.240 1.0 3.5 1.110 1 24 3.885 16 Tabel 3. f = 50 Hz V 1 Volt I 1 Ampere
cos φ 1 V 2 Volt I 2 Ampere cos φ 1 P 1 Watt P 2 Watt Eff % 100 0.010 0.9 20.0 0.000 1 0.92 0 0 100 0.065 1.0 16.0 0.300 1 6.38 4.8 75 100 0.085 1.0 15.0 0.410 1 8.5 6.15 72 100 0.105 1.0 14.0 0.505 1 10.5 7.07 67 100 0.135 1.0 12.5 0.615 1 13.5 7.688 57 100 0.155 1.0 11.0 0.725 1 15.5 7.975 51 100 0.175 1.0 9.0 0.815 1 17.5 7.335 42 100 0.195 1.0 7.0 0.935 1 19.5 6.545 34 100 0.225 1.0 5.5 1.015 1 22.5 5.583 25 100 0.235 1.0 3.5 1.115 1 23.5 3.903 17 Tabel 4. f = 60 Hz V 1 Volt I 1 Ampere cos φ 1 V 2 Volt I 2 Ampere cos φ 1 P 1 Watt P 2 Watt Eff % 100 0.005 0.9 20.0 0.000 1 0.462 0 100 0.070 1.0 16.0 0.310 1 7 4.96 71 100 0.090 1.0 15.0 0.405 1 9 6.075 68 100 0.100 1.0 14.0 0.505 1 10 7.07 71 100 0.130 1.0 12.5 0.615 1 13 7.688 59 100 0.155 1.0 11.0 0.710 1 15.5 7.81 50 100 0.170 1.0 10.0 0.795 1 17 7.95 47 100 0.195 1.0 8.0 0.915 1 19.5 7.32 38 100 0.220 1.0 6.0 1.000 1 22 6 27 100 0.240 1.0 4.0 1.110 1 24 4.44 19 Tabel 5. f = 70 Hz V 1 Volt I 1 Ampere cos φ 1 V 2 Volt I 2 Ampere cos φ 1 P 1 Watt P 2 Watt Eff % 100 0.000 1.0 20.0 0.000 1 0 0 100 0.060 1.0 16.0 0.310 1 6 4.96 83
100 0.085 1.0 15.0 0.400 1 8.5 6 71 100 0.110 1.0 14.0 0.535 1 11 7.49 68 100 0.130 1.0 12.5 0.600 1 13 7.5 58 100 0.150 1.0 11.0 0.710 1 15 7.81 52 100 0.175 1.0 9.0 0.830 1 17.5 7.47 43 100 0.200 1.0 7.0 0.935 1 20 6.545 33 100 0.215 1.0 5.0 1.030 1 21.5 5.15 24 100 0.245 1.0 3.0 1.125 1 24.5 3.375 14 Tabel 6. f = 80 Hz V 1 Volt I 1 Ampere cos φ 1 V 2 Volt I 2 Ampere cos φ 1 P 1 Watt P 2 Watt Eff % 100 0.000 1.0 20.0 0.000 1 0 0 100 0.060 1.0 16.0 0.290 1 6 4.64 77 100 0.090 1.0 15.0 0.420 1 9 6.3 70 100 0.105 1.0 14.0 0.520 1 10.5 7.28 69 100 0.130 1.0 12.0 0.640 1 13 7.68 59 100 0.150 1.0 11.0 0.720 1 15 7.92 53 100 0.170 1.0 9.0 0.820 1 17 7.38 43 100 0.200 1.0 7.0 0.930 1 20 6.51 33 100 0.215 1.0 5.0 1.020 1 21.5 5.1 24 100 0.245 1.0 3.0 1.135 1 24.5 3.405 14 Tabel 7. f = 90 Hz V 1 Volt I 1 Ampere
cos φ 1 V 2 Volt I 2 Ampere cos φ 1 P 1 Watt P 2 Watt Eff % 100 0.000 1.0 20.0 0.000 1 0 0 100 0.020 1.0 16.0 0.290 1 6 4.64 77 100 0.040 1.0 15.0 0.420 1 9 6.3 70 100 0.065 1.0 14.0 0.520 1 10.5 7.28 69 100 0.090 1.0 12.0 0.640 1 13 7.68 59 100 0.110 1.0 11.0 0.720 1 15 7.92 53 100 0.125 1.0 9.0 0.820 1 17 7.38 43 100 0.160 1.0 7.0 0.930 1 20 6.51 33 100 0.180 1.0 5.0 1.020 1 21.5 5.1 24 100 0.195 1.0 3.0 1.135 1 24.5 3.405 14 100 0.220 1.0 5.0 1.020 1 22 5.1 23 100 0.245 1.0 3.0 1.140 1 24.5 3.4 14 Tabel 8. f = 100 Hz V 1 Volt I 1 Ampere
cos φ 1 V 2 Volt I 2 Ampere cos φ 1 P 1 Watt P 2 Watt Eff % 100 0.000 1.0 20.0 0.000 1 0 0.0 100 0.020 1.0 19.0 0.095 1 2 1.8 90 100 0.040 1.0 18.0 0.195 1 4 3.5 88 100 0.060 1.0 16.0 0.305 1 6 4.9 81 100 0.090 1.0 15.0 0.420 1 9 6.3 70 100 0.115 1.0 14.0 0.535 1 11.5 7.5 65 100 0.130 1.0 12.0 0.620 1 13 7.4 57 100 0.155 1.0 11.0 0.740 1 15.5 8.1 53 100 0.170 1.0 10.0 0.800 1 17 8.0 47 100 0.195 1.0 8.0 0.920 1 19.5 7.4 38 100 0.210 1.0 5.0 1.000 1 21 5.0 24 100 0.255 1.0 2.5 1.185 1 25.5 3.0 12 Keterangan :
V 1 = Tegangan primer transformator
I 1 = Tegangan sekunder transformator cos φ 1 = Faktor daya primer transformator P 1 = Daya primer transformator Indeks 2 menyatakan sisi sekunder transformator.
tanpa beban. Pada saat tanpa beban rugi-rugi tembaga  pada  belitan  primer  dianggap  kecil
dibanding  rugi-rugi  inti  sehingga  daya  input transformator dianggap dengan rugi-rugi inti.
Pengaruh Frekuensi Terhadap Effisiensi dan Regulasi Tegangan Transformator Gunanto 1 , Susilo 2 , Subir 3 , dkk 64
Tabel 9. Hasil Perhitungan Regulasi Tegangan Frek Hz Tegangan Tanpa Beban Volt Tegangan Beban Penuh Volt Regulasi Tegangan % 30 18 4 77.8 40 20 5.8 71.0 50 20 5.8 71.0 60 20 6 70.0 70 20 5.6 72.0 80 20 5.4 73.0 90 20 5.4 73.0 100 20 5 75.0
Gambar  2  Memperlihatkan  data  hasil penelitian  yang  menggambarkan  rugi-rugi  inti. Terlihat bahwa rugi-rugi inti semakin besar jika frekuensi semakin kecil.
Pengaruh rugi-rugi inti terhadap effisiensi  terlihat  jelas  pada  pembebanan ringan (rugi-rugi tembaga kecil). Hal itu terlihat jelas pada gambar 3. Effisiensi untuk frekuensi 30 Hz, 50 Hz dan 100 Hz pada setengah beban penuh adalah berturut-turut 52,2%, 67,6% dan 66,6%  sedangkan  pada  beban  penuh  adalah berturut-turut  18,6%,  26,4%  dan  23,8%.  Pada beban penuh, effisiensi tidak begitu terpengaruh  oleh  besar  frekuensi  dikarenakan pada beban penuh rugi-rugi tembaga jauh lebih besar dibanding rugi-rugi inti.
Rugi-rugi  tembaga  tergantung  pada besar  arus  dan  nilai  tahanan  belitan.  Oleh karena  itu  effisiensi  pada  beban  penuh  tidak jauh  berbeda  untuk  berbagai  nilai  frekuensi seperti terlihat pada gambar 3 dan gambar 4.
Tegangan belitan
sekunder transformator  pada  saat  tanpa  beban  dan berbeban  terlihat  pada  gambar  5.  Pada frekuensi  30  Hz  tegangan  sekunder  hanya  28 Volt sedangkan pada frekuensi di atasnya
Gambar 2. Rugi-Rugi Inti Transformator Pada Beberapa Frekuensi
Tegangan belitan
sekunder transformator  pada  saat  tanpa  beban  dan berbeban  terlihat  pada  gambar  5.  Pada frekuensi  30  Hz  tegangan  sekunder  hanya  28 Volt  sedangkan  pada  frekuensi  di  atasnya tegangan  sekunder  sebesar  20  Volt.  Secara teoritis  sesuai  dengan  persamaan  yang  ada, tegangan sekunder akan konstan jika tegangan primer juga konstan tetapi data hasil penelitian menunjukkan  hal  yang  berbeda.  Salah  satu kemungkinan  penyebabnya  adalah  bahwa persamaan yang ada berlaku untuk gelombang sinus  murni  sedangkan  pada  penelitian  ini gelombang yang terjadi tidak sinus murni tetapi agak cacat.
Besar tegangan sekunder pada keadaan  berbeban  dipengaruhi  oleh  jatuh tegangan  akibat  adanya  impedans  belitan. Semakin  besar  beban  atau  arus  beban  maka jatuh  tegangan  juga  semakin  besar.  Besar impedans  akan  semakin  besar  dengan bertambah  besarnya  frekuensi. Keadaan seperti tersebut tampak pada gambar  5 dan 6 yakni semakin besar beban dan semakin besar frekuensi  tegangan  sekunder  mempunyai kecenderungan mengecil
Gambar 3. Effisiensi Transformator Pada Beberapa Frekuensi
Gambar 4. Effisiensi Transformator Pada Setengah Beban Penuh Dan Beban Penuh
Gambar 5. Tegangan Sekunder Transformator Tanpa Beban Dan Berbeban
Regulasi tegangan transformator untuk beberapa  frekuensi  terlihat  pada  gambar  7. Regulasi  tegangan  pada  frekuensi  50  Hz (frekuensi kerja transformator) sebesar 71,0 % sedangkan  pada  frekuensi  30  Hz  dan  100  Hz berturut-turut adalah 77,8 % dan 75 %. Terlihat adanya kecenderungan membesarnya regulasi tegangan  apabila  transformator  dioperasikan buka pada frekuensi kerjanya
Gambar 6. Tegangan Sekunder Transformator
Berbeban
Gambar 7. Regulasi Tegangan Transformator

## PENUTUP
Kesimpulan Berdasarkan  hasil  pengukuran  dan perhitungan pada penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa :
1.  Effisiensi  transformator  dipengaruhi  oleh besar  frekuensi.  Pengaruh  frekuensi  terlihat jelas  pada  transformator  dalam  keadaan berbeban ringan (kurang dari 50%) sedangkan pada transformator dalam keadaan berbeban penuh, pengaruh frekuensi tidak terlihat jelas.
2.  Frekuensi  berpengaruh  terhadap  regulasi tegangan.  Transformator  yang  dioperasikan bukan  pada  frekuensi  kerjanya  mempunyai regulasi tegangan yang lebih besar.

## Saran
Berdasarkan kesimpulan diatas penelitian ini, dapat disarankan :
1. Alat ukur daya listrik (Wattmeter) yang ada hanya mampu digunakan untuk sistem tenaga listrik  berfrekuensi  50  Hz  atau  60  Hz. Sebaiknya  dibuat  alat  ukur  daya  listrik elektronika yang mampu bekerja pada jangkauan frekuensi yang lebih lebar.
2.  Pada  penelitian  ini,  catu  daya  listrik  yang frekuensinya  dapat  diubah  menggunakan motor  dan  generator.  Sebaiknya  dibuat  catu daya listrik elektronik yang berdaya besar dan frekuensinya  dapat  diubah  secara  lebih  halus dan lebih stabil.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Fitzgerald,  A.E,  Kineley,  C.Jr,  Umans,  S.D,
1984, Mesin-Mesin Listrik, Terbitan Ke-4, pp.
47, Erlangga, Jakarta.
[2] Feinberg, R, 1979, Modern Power Transformer  Practise,  Terbitan  ke-1,  pp.  36, The Macmillan Press Ltd., Hongkong. [3] McPherson,  G.,  1981,  An  Introduction  To Electrical Machines And Transformer,
Terbitan ke-1, pp. 204, John WileyAnd Sons,
New York.
[4] Nasar,  Syed  A.,  L.E.  Unnewehr,  1979, Electromechanics  And  Electrical  Machines, Terbitan ke-1, pp. 87, John Wiley And Sons, New York.